CN111987844A - 一种自冷却的轮毂电机散热机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷却的轮毂电机散热机构，涉及电机散热技术领域。轮毂通过轮毂耳与电机本体连接，电机通过轴承与电机支撑轴旋转连接，转子通过支架连接在电机侧壁上，转子支架直接与转子相连，定子通过定位销固定在电机支撑轴上；电机外侧面包括倾斜面、脊和风洞，电机外侧面上设置有若干凸起的脊，所述脊的顺时针一侧低，其逆时针一侧缓慢降低直至延伸到下一个脊的底部，两个脊之间的电机外侧面为所述倾斜面；风洞的入口设置在倾斜面的最低处。本发明的有益效果为：能够不借助外部动力增加轮毂电机的换热能力，且达到较好的换热效果，换热结构的耐候性好，无论是涉水还是较大的扬尘对电机散热系统都没有影响，反而涉水会增强换热效果。

Description

一种自冷却的轮毂电机散热机构

技术领域

本发明涉及电机散热技术领域，具体涉及一种自冷却的轮毂电机散热机构。

背景技术

轮毂电机是将车子的“动力系统、传动系统、刹车系统集成到一起而设计出来的电机。轮毂电机的工作原理是永磁同步电机，轮边电机、轮毂电机”是指电机安装在车辆的位置不同的电机而言。轮毂电机存在如下优点：省略大量传动部件，让车辆结构更简单；可实现多种复杂的驱动方式。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。基于上述优点，轮毂电机在新能源汽车上的应用近年来成为研究的重点，但其仍然存在制动热量与能耗问题，电机本身就在发热，由于簧下质量增加，制动压力更大，发热也更大，如此集中的发热对制动性能要求高。

申请号为201410535310.3的中国发明专利公开了“一种电动汽车轮毂电机的防水风冷散热结构”，包括外转子和内定子，所述外转子设于内定子外圆周侧，所述内定子安装于电机轴上，在轮毂电机左右两侧设有轮毂电机端盖，所述轮毂电机端盖与外转子固定，所述电机轴与左侧轮毂电机端盖之间设有第一轴承，所述电机轴与右侧轮毂电机端盖之间设有第二轴承，所述轮毂电机端盖与外转子、电机轴之间设有密封结构，所述电机轴设有内外两层同心圆的风道，内层风道为进风通道，外层风道为出风通道，所述进风通道及出风通道一端与轮毂电机内腔连通，所述进风通道及出风通道另一端分别连接进风口和出风口，所述进风口和出风口位于车辆外部涉水高度线以上并设置有防水防尘结构。该散热结构采用风冷的形式，需要进行强制对流，且散热结构内部不能容忍进水进尘，工作条件非常苛刻，车辆的工作条件一遍较为复杂，该装置明显对环境的适应性较差。

申请号为201611064210.2公开了“一种适用于内转子轮毂电机驱动系统的冷却结构”该装置采用了喷淋式的双冷却结构，但其结构也较为复杂，耐候性同样存在较差的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提出了一种自冷却的轮毂电机散热机构，轮毂通过轮毂耳与电机本体连接，电机通过轴承与电机支撑轴旋转连接，转子通过支架连接在电机侧壁上，转子支架直接与转子相连，定子通过定位销固定在电机支撑轴上；电机外侧面包括倾斜面、脊和风洞，电机外侧面上设置有若干凸起的脊，所述脊的顺时针一侧低，其逆时针一侧缓慢降低直至延伸到下一个脊的底部，两个脊之间的电机外侧面为所述倾斜面；风洞的入口设置在倾斜面的最低处；在所述倾斜面的最高处靠近脊的位置设置有螺孔，其与设置在轮毂上的轮毂耳相配合，将轮毂固定在电机上，轮毂耳与轮毂可拆卸连接；在所述电机内侧面上，所述风洞的出口设置在所述倾斜面的最高处靠近脊的位置，所述轮毂耳设置在倾斜面的低处；关于脊及倾斜的设置电机内侧面与电机外侧面相同；转子与电机外侧面的内侧之间形成右凹槽，转子与电机内侧面的内侧之间形成左凹槽。

优选的，在风洞的入口及出口处设置有防护网；所述风洞在在电机内部倾斜延伸，其直径逐渐缩小。气体在管道中流动的方程为

其中Ma为马赫数(气流速度与当地音速的比值，本算例中马赫数小于1)A为管道截面面积，c_f为气流速度。因此在进风口的截面设计为渐缩型(大口进，小口出)，能够增大空气流速。

优选的，在风洞的内部设置有散热片，所述散热片呈十字交叉状，所述散热片随风洞的直径缩小而同比例缩小；所述散热片及风洞的洞壁上均匀排布有轻微凹陷的凹槽，用于增大气体与风洞内壁的接触面积，增强换热效果。

优选的，电机的内部设置有换热网路，所述换热网路包括换热油路和换热叶片，换热油路包括油腔、第三换热油囊、第一环形换热油囊、第一油回路、第二油回路、侧换热网、第二环形换热油囊和外侧面油路，其中第一环形油囊设置在右凹槽的上部，第二环形油囊镶嵌在左凹槽的下部，第三换热油囊设置在电机外侧面中部的油腔内，侧换热网固定在转子的两侧，所述换热片是垂直于电机轴向设置的片状环形装置，其固定在左凹槽与右凹槽内，两条第一油回路连接第一环形换热油囊与右侧的侧换热网，左右两侧的换热网之间通过第二油回路连接，所述第二油回路设置在电机侧壁内；第二环形换热油囊与左侧的侧换热网连通；第一环形换热油囊与第三换热油囊通过外侧面油路连通。

优选的，所述外侧面油路还包括：脊散热油路、洞口散热油路和侧壁散热油路、第一环形换热油囊与第三换热油囊之间通过脊散热油路、洞口散热油路和侧壁散热油路三条油路连接，所述脊散热油路设置在脊的下部，以期实现与脊的充分换热，洞口散热油路在风洞洞口处盘绕，所述侧壁散热油路在倾斜面下方盘绕；在脊的下方及风洞进气口附近热边界层比较薄，局部表面传热系数较高，因此可以获得更好的换热效果。

优选的，所述第一环形换热油囊的弹性恢复力大于第二环形油囊及第三换热油囊，即在没有外力的干预下，第一环形换热油囊将换热油压向另外两个油囊。

优选的，在第三换热油囊第一环形换热油囊内分别设置有肋片，所述肋片分别与电机外侧面连接，肋片在限制油囊不进行过分收缩的同时，使来自不同管路内的换热油充分混合，且换热油通过肋片与电机外壳之间更好的散热，实现更好的散热效果。

优选的，所述风洞上半侧设置在电机侧壁内，其下半侧设置在左凹槽、右凹槽及转子的间隙内，换热片的上部与风洞下半侧相接触。

优选的，所述脊呈一定弧度的凹向逆时针方向；

本发明的有益效果为：能够不借助外部动力增加轮毂电机的换热能力，且达到较好的换热效果，换热结构的耐候性好，无论是涉水还是较大的扬尘对电机散热系统都没有影响，反而涉水会增强换热效果。

附图说明

图1本发明立体结构示意图；

图2为轮毂与电机外侧面的结构示意图；

图3为电机在风洞所在圆周面的剖视示意图；

图4为风洞口的示意图；

图5为轮毂及电机的轴向剖视图；

图6为图6中A-A面的剖视图，为表示清楚图中仅示出一组管路管路；

其中：

1-轮毂、11-轮毂耳、2-电机外侧面、21-倾斜面、22-风洞、23-脊、221-散热片、222-凹槽、24-电机侧壁、25-油腔、31-第三换热油囊、32-第一环形换热油囊、33-第一油回路、34-第二油回路、35-侧换热网、36-第二环形换热油囊、37-脊散热油路、38-洞口散热油路、39-侧壁散热油路、4-换热片、5-转子、6-定子、7-电机支撑轴、8-电机内侧面、9-轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为本发明的限定范围。

如图1、图2及图5所示，本发明公开了一种自冷却的轮毂电机散热机构，包括轮毂1。轮毂1是通过轮毂耳11与电机本体连接，电机通过轴承9与电机支撑轴7旋转连接，转子5通过支架连接在电机侧壁24上，转子支架直接与转子5相连。定子6通过定位销固定在电机支撑轴7上。转子5与电机外侧面2的内侧之间形成右凹槽，转子5与电机内侧面8的内侧之间形成左凹槽。

电机外侧面2包括倾斜面21、脊23、风洞22，电机外侧面2被脊23分割成若干倾斜面21，所述脊23的顺时针一侧低，其逆时针一侧缓慢降低直至延伸到下一个脊23的底部，两个脊23之间的电机外侧面2为所述倾斜面21。所述脊23呈一定弧度的凹向逆时针方向。在电机外侧面2上所述倾斜面21左低右高，上低下高，其中以顺时针方向为左、逆时针方向为右，靠近电机外侧面2的圆心为下，靠近轮毂1为上；风洞22的入口设置在倾斜面21的最低处。在所述倾斜面21的最高处靠近脊23的位置设置有螺孔，其与设置在轮毂1上的轮毂耳11相配合，将轮毂11固定在电机上，轮毂耳11与轮毂1可拆卸连接。在所述电机内侧面8上，所述风洞22的出口设置在所述倾斜面21的最高处靠近脊23的位置，所述轮毂耳11设置在倾斜面21的低处；关于脊23及倾斜面21的设置电机内侧面8与电机外侧面2相同。

在风洞22的入口及出口处设置有防护网，以防止大颗粒碎石进入风洞造成风洞堵塞。如图3及图4所示所述风洞22在在电机内部倾斜延伸，其直径逐渐缩小。气体在管道中流动的方程为

其中Ma为马赫数(气流速度与当地音速的比值，本算例中马赫数小于1)A为管道截面面积，c_f为气流速度。因此在进风口的截面设计为渐缩型(大口进，小口出)，能够增大空气流速。在风洞22的内部设置有散热片221，所述散热片221呈十字交叉状，所述散热片221随风洞的直径缩小而同比例缩小。所述散热片221及风洞22的洞壁上均匀排布有轻微凹陷的凹槽222，用于增大气体与风洞内壁的接触面积，增强换热效果。

如图5及图6所示，电机的内部设置有换热网路，所述换热网路包括换热油路和换热叶片4，换热油路包括油腔25、第三换热油囊31、第一环形换热油囊32、第一油回路33、第二油回路34、侧换热网35、第二环形换热油囊36、脊散热油路37、洞口散热油路38和侧壁散热油路39、其中第一环形油囊32设置在右凹槽的上部，第二环形油囊36镶嵌在左凹槽的下部，第三换热油囊31设置在电机外侧中部的油腔25内，侧换热网35固定在转子5的两侧，所述换热片4是垂直于电机轴向设置的片状环形装置，其固定在左凹槽与右凹槽内，两条第一油回路33连接第一环形换热油囊32与右侧的侧换热网35，左右两侧的换热网37之间通过第二油回路34连接，所述第二油回路34设置在电机侧壁24内；第二环形换热油囊36与左侧的侧患有王37连通；第一环形换热油囊32与第三换热油囊31之间通过脊散热油路37、洞口散热油路38和侧壁散热油路39三条油路连接，所述脊散热油路37设置在脊23的下部，以期实现与脊23的充分换热，洞口散热油路38在风洞22洞口处盘绕，所述侧壁散热油路39在倾斜面21下方盘绕；在脊23的下方及风洞22进气口附近热边界层比较薄，局部表面传热系数较高，因此可以获得更好的换热效果。

所述第一环形换热油囊32的弹性恢复力大于第二环形油囊36及第三换热油囊31，即在没有外力的干预下，第一环形换热油囊32将换热油压向另外两个油囊

在第三换热油囊31和第一环形换热油囊32内分别设置有肋片，所述肋片分别与电机外侧面连接，肋片在限制油囊不进行过分收缩的同时，使来自不同管路内的换热油充分混合，且换热油通过肋片与电机外壳之间更好的散热，实现更好的散热效果。

所述风洞22上半侧设置在电机侧壁24内，其下半侧设置在左凹槽、右凹槽及转子5的间隙内，换热片4的上部与风洞下半侧相接触。

工作原理：轮毂11向前做绕电机支撑轴7做旋转运动，同时延前进方向做平移运动。轮毂11做顺时针旋转时，在风洞22入口处形成高压区，在风洞22出口处形成低压区，二者之间因气流速度的差异形成了压差，空气被从风洞22入口出吸入，从风洞22出口处流出，且随着风洞22直径的缩小，空气流速逐渐加快，流动的空气带走电机内部的热量。在电机高速行进过程中，较快的空气流速带走了大部分空气热量，换热网路内的换热油因离心力始终较强而流动性有限；当电机做变速运动时，当电机旋转速度加时，离心力使第三换热油囊31和第二环形油囊36内的换热油流向第一环形换热油囊32；当旋转速度变慢时，第一环形换热油囊32将换热油积压回第三换热油囊31和第二环形油囊36，如此往复，加快了热量在电机内部的流动，且可以使热量流向换热效率最高的位置，增加整体的换热效率。换热片4与第一回油路33相接触以达到更好的换热效果，换热片4与风洞也接触，且换热片4可增加电机内部空气的流动，时热量在电机内部充分分散。由此，换热网路及风洞22的组合为电机提供了较好的换热效果。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，轮毂通过轮毂耳与电机本体连接，电机通过轴承与电机支撑轴旋转连接，转子通过支架连接在电机侧壁上，转子支架直接与转子相连，定子通过定位销固定在电机支撑轴上；电机外侧面包括倾斜面、脊和风洞，电机外侧面上设置有若干凸起的脊，所述脊的顺时针一侧低，其逆时针一侧缓慢降低直至延伸到下一个脊的底部，两个脊之间的电机外侧面为所述倾斜面；风洞的入口设置在倾斜面的最低处；在所述倾斜面的最高处靠近脊的位置设置有螺孔，其与设置在轮毂上的轮毂耳相配合，将轮毂固定在电机上，轮毂耳与轮毂可拆卸连接；在所述电机内侧面上，所述风洞的出口设置在所述倾斜面的最高处靠近脊的位置，所述轮毂耳设置在倾斜面的低处；关于脊及倾斜的设置电机内侧面与电机外侧面相同；转子与电机外侧面的内侧之间形成右凹槽，转子与电机内侧面的内侧之间形成左凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，在风洞的入口及出口处设置有防护网；所述风洞在在电机内部倾斜延伸，其直径逐渐缩小。

3.根据权利要求2所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，在风洞的内部设置有散热片，所述散热片呈十字交叉状，所述散热片随风洞的直径缩小而同比例缩小；所述散热片及风洞的洞壁上均匀排布有轻微凹陷的凹槽，用于增大气体与风洞内壁的接触面积，增强换热效果。

4.根据权利要求1所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，电机的内部设置有换热网路，所述换热网路包括换热油路和换热叶片，换热油路包括油腔、第三换热油囊、第一环形换热油囊、第一油回路、第二油回路、侧换热网、第二环形换热油囊和外侧面油路，其中第一环形油囊设置在右凹槽的上部，第二环形油囊镶嵌在左凹槽的下部，第三换热油囊设置在电机外侧面中部的油腔内，侧换热网固定在转子的两侧，所述换热片是垂直于电机轴向设置的片状环形装置，其固定在左凹槽与右凹槽内，两条第一油回路连接第一环形换热油囊与右侧的侧换热网，左右两侧的换热网之间通过第二油回路连接，所述第二油回路设置在电机侧壁内；第二环形换热油囊与左侧的侧换热网连通；第一环形换热油囊与第三换热油囊通过外侧面油路连通。

5.根据权利要求4所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，所述外侧面油路还包括：脊散热油路、洞口散热油路和侧壁散热油路、第一环形换热油囊与第三换热油囊之间通过脊散热油路、洞口散热油路和侧壁散热油路三条油路连接，所述脊散热油路设置在脊的下部，以期实现与脊的充分换热，洞口散热油路在风洞洞口处盘绕，所述侧壁散热油路在倾斜面下方盘绕；在脊的下方及风洞进气口附近热边界层比较薄，局部表面传热系数较高，因此可以获得更好的换热效果。

6.根据权利要求4所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，所述第一环形换热油囊的弹性恢复力大于第二环形油囊及第三换热油囊，即在没有外力的干预下，第一环形换热油囊将换热油压向另外两个油囊。

7.根据权利要求4所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，在第三换热油囊第一环形换热油囊内分别设置有肋片，所述肋片分别与电机外侧面连接，肋片在限制油囊不进行过分收缩的同时，使来自不同管路内的换热油充分混合，且换热油通过肋片与电机外壳之间更好的散热，实现更好的散热效果。

8.根据权利要求1所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，所述风洞上半侧设置在电机侧壁内，其下半侧设置在左凹槽、右凹槽及转子的间隙内，换热片的上部与风洞下半侧相接触。

9.根据权利要求1所述的一种自冷却的轮毂电机散热机构，其特征在于，所述脊呈一定弧度的凹向逆时针方向。

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